專利名稱:一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，包括固接在天車架上的片架，在連接架和天車架之間并排設置有兩對導軌，導軌的上端與連接架固接，導軌的下端與天車架固接，導軌同片架之間通過橫梁進行固接；在兩對導軌上共同設置有浮動天車，浮動天車通過鋼絲繩與游車滑輪相連，浮動天車與被動補償缸總成的活塞桿端頭連接；在連接架上倒立安裝有主動補償缸，主動補償缸的缸筒與主動缸支撐座固定連接，主動缸支撐座與連接架連接，主動補償缸的活塞桿端頭向下與浮動天車連接；被動補償缸總成與主動補償缸分別與動力控制機構相連接。本實用新型的裝置，補償效果顯著。
【專利說明】一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于石油鉆井設備【技術領域】，涉及一種半主動式鉆井平臺天車升沉補
P盤習
【背景技術】
[0002]在進行深海石油鉆井作業時，浮式鉆井船或半潛式鉆井平臺在海浪作用下產生縱蕩、橫蕩、升沉、縱搖、橫搖和艏搖6個自由度的運動，其中升沉運動會使得整個鉆井系統隨浮式鉆井平臺進行升沉運動，導致鉆頭與井底之間的鉆壓發生變化，降低了鉆井效率，增加了鉆井成本，影響鉆井作業的順利進行。在惡劣的海況下，鉆頭甚至會提離井底，引發鉆井事故。因此，浮式鉆井平臺上需要配備一套升沉補償裝置，用以減小平臺升沉運動對鉆井作業的不利影響。
[0003]浮式鉆井平臺升沉補償裝置主要有天車補償裝置、游車補償裝置、絞車補償裝置、死繩/快繩補償裝置。其中，死繩/快繩補償裝置的補償效果差，鋼絲繩磨損比較嚴重，實際應用不多。游車補償裝置在游車和頂驅之間安裝使用，但該裝置整體安裝在甲板上，占用甲板面積較大，控制軟管較長，且密封漏失量較大。現有天車補償裝置中的壓縮機、液壓站、管線等置于船體甲板上，其主要機構都安裝在天車臺和井架上，要求安裝該天車補償裝置的天車臺和井架必須具有高強度，而高強度的要求造成天車臺和井架的結構復雜，存在重量和負載過于龐大的問題。
實用新型內容
[0004]本實用新型提供了一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，解決了現有技術由于結構設置不合理，使得結構復雜，存在重量和負載過于龐大的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是，一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，包括固接在天車架上的片架，片架向上通過連接架安裝有欄桿總成，在連接架和天車架之間并排設置有兩對導軌，導軌的上端與連接架固接，導軌的下端與天車架固接，導軌位于四根片架圍成的空間內，導軌同片架之間通過橫梁進行固接；在兩對導軌上共同設置有浮動天車，浮動天車通過鋼絲繩與游車滑輪相連，浮動天車的耳座與被動補償缸總成帶有關節軸承的活塞桿端頭連接；在連接架上倒立安裝有主動補償缸，主動補償缸的缸筒與主動缸支撐座固定連接，主動缸支撐座與連接架連接，主動補償缸的活塞桿端頭向下與浮動天車連接；被動補償缸總成與主動補償缸分別與動力控制機構相連接。
[0006]本實用新型的半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點還在于:
[0007]浮動天車與天車架之間設置有鎖緊機構，鎖緊機構采用氣動缸或電動缸結構，當補償裝置處于不補償狀態時，浮動天車通過鎖緊機構與天車架鎖緊。
[0008]在浮動天車一側固定安裝有一個連接軸C，該連接軸C上套裝有臂桿A和滑輪C，在天車架同一側固定安裝有一個連接軸B，該連接軸B上套裝有臂桿B和滑輪B，臂桿A和臂桿B末端共同鉸接有一個連接軸A，連接軸A上套裝有滑輪A ;另外，在浮動天車另一側固定安裝有一個連接軸D，該連接軸D上套裝有滑輪D和臂桿C，在天車架該側固定安裝有一個連接軸F，連接軸F上套裝有臂桿D和滑輪F，臂桿C和臂桿D末端共同鉸接有一個連接軸E，連接軸E上套裝有滑輪C ；
[0009]臂桿B與連接軸A插裝后固連，臂桿A、臂桿B和滑輪A均能夠繞連接軸A轉動，臂桿B和滑輪B均能繞連接軸B轉動；
[0010]臂桿D和滑輪F能繞該連接軸F轉動，臂桿D的另一端和連接軸E插裝后固連，臂桿D、臂桿C和滑輪C均能繞連接軸E轉動。
[0011]連接軸B和滑輪B —起稱為快繩導向單元，連接軸A和滑輪A —起稱為快繩搖臂單元，連接軸F和滑輪F —起稱為死繩導向裝置，連接軸E和滑輪C 一起稱為死繩搖臂單元，快繩導向單元、快繩搖臂單元、死繩搖臂單元和死繩導向單元分別通過鋼絲繩與浮動天車相連接，鋼絲繩采取S形穿法。
[0012]動力控制機構的結構是，被動補償缸總成包括結構相同的被動補償液壓缸A和被動補償液壓缸B，被動補償液壓缸A和被動補償液壓缸B的有桿腔通過管路相互連通后共同與低壓蓄能器相連，被動補償液壓缸A和被動補償液壓缸B的無桿腔通過油管互相連通后共同與隔離閥連接，隔離閥通過管路與活塞式蓄能器油液側相通，活塞式蓄能器氣體側通過管路與工作氣瓶相連；
[0013]主動補償缸的有桿腔油口與安全溢流閥A連通，主動補償缸的無桿腔油口與安全溢流閥B連通，同時，主動補償缸的無桿腔與有桿腔油口與比例控制閥連通；比例控制閥回油口與油箱連通，比例控制閥進油口與變量泵出油口連通，比例控制閥與變量泵出口連通管路中設置有單向閥，變量泵與電機驅動連接，變量泵中的變量機構出油口與比例溢流閥連通，比例溢流閥出口接油箱，變量泵進油口通過管道與油箱連通。
[0014]本實用新型的有益效果是，被動補償系統采用對稱分布的直立式液缸，能滿足較大的補償載荷要求，并有效提高了液缸的使用壽命；主動補償系統采用活塞桿朝下的倒立置液缸，和被動補償聯合使用提高了補償精度；采用四根豎立的導軌，改善了浮動天車上下浮動時的穩定性和能靠性。采用液壓和氣壓提供動力，被動補償缸和主動補償缸聯合補償，自動化控制，集機、電、液于一體，結構緊湊、使用方便，同時結合了主動補償精度高和被動補償載荷大的優點。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型補償裝置實施例的結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型補償裝置中動力控制機構的結構示意圖。
[0017]圖中，1.主動補償缸，2.欄桿總成，3.主動缸支撐座，4.連接架，5.片架，6.導軌，7.銷軸A，8.銷軸B，9.浮動天車，10.死繩搖臂單元，11.死繩導向單元，12.天車架，13.被動補償缸總成，14.動力控制機構，15.鎖緊機構，16.快繩導向單元，17.快繩搖臂單元，18.電反饋負載敏感機構，19.被動補償液壓缸A，20.被動補償液壓缸B，21.低壓蓄能器，22.隔離閥，23.活塞式蓄能器，24.安全溢流閥A，25.安全溢流閥B，26.比例控制閥，27.單向閥，28.變量泵，29.比例溢流閥，30.油箱，31.電機，32.控制單元，33.升沉檢測機構，34.位移傳感器，35.壓力傳感器A，36.壓力傳感器B，37.工作氣瓶，38.滑輪Α，39.連接軸Α，40.臂桿Α，41.臂桿B，42.滑輪B，43.連接軸B，44.滑輪C，45.連接軸C，46.連接軸D，47.滑輪D，48.臂桿C，49.滑輪E，50.連接軸E，51.臂桿D，52.滑輪F，53.連接軸F。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0019]參照圖1，本實用新型裝置的結構是，包括固接在天車架12上的片架5，片架5向上通過連接架4安裝有欄桿總成2，在連接架4和天車架12之間并排設置有兩對導軌6，導軌6的上端通過螺栓與連接架4固接，導軌6的下端通過螺栓與天車架12固接，導軌6位于四根片架5圍成的空間內，導軌6同片架5之間通過橫梁進行固接，用于增強導軌的剛度和穩定性；在兩對導軌6上共同設置有浮動天車9，浮動天車9的四個滾輪能沿導軌6上下移動，浮動天車9通過鋼絲繩與游車滑輪相連接，浮動天車9的耳座與被動補償缸總成13帶有關節軸承的活塞桿端頭通過銷軸B8連接，關節軸承保證了浮動天車9允許有一定的擺動移量；在連接架4上倒立安裝有主動補償缸I，主動補償缸I的缸筒與主動缸支撐座3固定連接，主動缸支撐座3再通過螺栓與連接架4連接，主動補償缸I的活塞桿端頭向下通過銷軸A7與浮動天車9連接；被動補償缸總成13與主動補償缸I分別與動力控制機構14相連接，浮動天車9與天車架12之間設置有鎖緊機構15，鎖緊機構15采用氣動缸或電動缸結構，當補償裝置處于不補償狀態時，浮動天車9通過鎖緊機構15與天車架12鎖緊，保證設備的安全狀態；在浮動天車9 一側(圖1左側)通過螺栓固定安裝有一個連接軸C45，該連接軸C45上套裝有臂桿A40和滑輪C44，在天車架12同一側(圖1左側)通過螺栓固定安裝有一個連接軸B43，該連接軸B43上套裝有臂桿B41和滑輪B42 (連接軸B43和滑輪B42一起稱為快繩導向單元16)，臂桿A40和臂桿B41末端共同鉸接有一個連接軸A39，連接軸A39上套裝有滑輪A38 (連接軸A39和滑輪A38 —起稱為快繩搖臂單元17)；
[0020]另外，在浮動天車9另一側(圖1右側)通過螺栓固定安裝有一個連接軸D46，該連接軸D46上套裝有滑輪D47和臂桿C48，臂桿C48和滑輪D47能繞該連接軸D46轉動，在天車架12另一側(圖1右側)通過螺栓固定安裝有一個連接軸F53，連接軸F53上套裝有臂桿D51和滑輪F52 (連接軸F53和滑輪F52 —起稱為死繩導向裝置11)，臂桿C48和臂桿D51末端共同鉸接有一個連接軸E50，連接軸E50上套裝有滑輪C49 (連接軸E50和滑輪C49一起稱為死繩搖臂單元10);
[0021]臂桿B41與連接軸A39插裝后通過螺栓固連，臂桿A40、臂桿B41和滑輪A38均能夠繞連接軸A39轉動，臂桿B41和滑輪B42均能繞連接軸B43轉動；
[0022]臂桿D51和滑輪F52能繞該連接軸F53轉動，臂桿D51的另一端和連接軸E50插裝后通過螺栓固連，臂桿D51、臂桿C48和滑輪C49均能繞連接軸E50轉動。
[0023]快繩導向單元16、快繩搖臂單元17、死繩搖臂單元10和死繩導向單元11分別通過鋼絲繩與浮動天車9相連接，鋼絲繩采取S形穿法，相比順穿法，有利于節省空間，結構更加緊湊。
[0024]參照圖2，被動補償缸總成13和主動補償缸I組成動力部分，被動補償缸總成13包括活塞桿向上伸出的并排豎直設置的被動補償液壓缸A19和被動補償液壓缸B20，豎直倒置的主動補償缸I的活塞桿向下伸出；動力部分接受動力控制機構14的控制，驅動補償裝置完成升沉補償功能。
[0025]被動補償缸總成13包括結構相同的被動補償液壓缸A19和被動補償液壓缸B20。
[0026]動力控制機構14的結構是，被動補償液壓缸A19和被動補償液壓缸B20的有桿腔通過管路相互連通后共同與低壓蓄能器21相連，被動補償液壓缸A19和被動補償液壓缸B20的無桿腔通過油管互相連通后共同與隔離閥22連接，隔離閥22通過管路與活塞式蓄能器23油液側相通，活塞式蓄能器23氣體側通過管路與工作氣瓶37相連；
[0027]主動補償缸I的有桿腔油口與安全溢流閥A24連通，主動補償缸I的無桿腔油口與安全溢流閥B25連通，同時，主動補償缸I的無桿腔與有桿腔油口與比例控制閥26連通；比例控制閥26回油口與油箱連通，比例控制閥26進油口與變量泵28出油口連通，比例控制閥26與變量泵28出口連通管路中設置有單向閥27，變量泵28與電機31驅動連接，變量泵28中的變量機構出油口與比例溢流閥29連通，比例溢流閥29出口接油箱30，變量泵28進油口通過管道與油箱30連通；
[0028]平臺升沉檢測機構33、位移傳感器34、安全溢流閥A24、安全溢流閥B25、隔離閥22、電機31分別與控制單元32連接，同時分別與控制單元32連接的壓力傳感器A35、壓力傳感器B36、比例溢流閥29與變量泵28 —起稱為電反饋負載敏感機構18 ;位移傳感器34用于檢測主動補償缸I活塞位移，壓力傳感器A35用于檢測主動補償缸有桿腔壓力，壓力傳感器36B用于檢測主動補償缸無桿腔壓力，控制單元32采用具有模數處理能力的工業計算機。
[0029]本實用新型的工作原理是，
[0030]當補償裝置處于不補償狀態時，所述的浮動天車9通過鎖緊機構15與天車架12鎖緊，保持不動。
[0031]當需要精確控制大鉤位移時，被動補償和主動補償同時開啟，系統處于半主動式狀態，此時，控制單元32發出信號起動電機31，電機31帶動變量泵28工作，為半主動式過程提供油液，被動補償液壓缸A19和被動補償液壓缸B20、活塞式蓄能器23、工作氣瓶37 —起協調產生氣液彈簧效應承受補償裝置所受的靜載荷。主動補償缸I承受補償裝置所受動載荷，其運動狀態受控于控制單元32，當鉆井平臺隨波浪下降時，控制單元32通過鉆井平臺升沉檢測機構33及位移傳感器34采集鉆井平臺升沉信息及主動補償缸I活塞位移信息，控制單元32中的控制程序根據采集的信息驅動補償比例控制閥26動作，使變量泵28輸出的油液進入主動補償缸I有桿腔阻止浮動天車9下降，維持其相對于海床的位置不變；反之，當鉆井平臺隨海浪上升時，控制單元32重復上述的信息采集和處理過程，驅動比例控制閥26動作，使變量泵28輸出的油液進入主動補償缸I無桿腔阻止浮動天車9上升，維持其相對于海床的位置不變。
[0032]主動補償缸I有桿腔的壓力傳感器A35和無桿腔的壓力傳感器B36檢測所在管路壓力反饋給控制單元32，控制單元32處理該信息后，發出信號控制與變量泵28中變量機構出口連接的比例溢流閥29使變量泵28輸出的油液壓力始終高于主動補償缸I油口的壓力一恒定值，以使變量泵28的輸出功率跟隨主動補償缸I所消耗的功率變化而變化，減少液壓系統發熱，實現系統節能。
[0033]隔離閥22處于常開狀態，當出現諸如鋼絲繩斷裂補償裝置突然失去載荷時，被動補償液壓缸A18和被動補償液壓缸B19中的活塞快速向上運動撞擊缸蓋，為避免造成事故隔離閥22會自動關閉，保證被動補償液壓缸A18和液壓缸B19的活塞停在原位。
[0034]低壓蓄能器21使被動補償液壓缸A18和被動補償液壓缸B19有桿腔充滿油液，避免空氣混入液壓油，提高了被動補償油缸活塞的密封性能。
[0035]本實用新型補償裝置，同時結合了主動補償精度高和被動補償載荷大的優點，結構緊湊、使用方便、安全能靠。
【權利要求】
1.一種半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點在于:包括固接在天車架(12)上的片架(5)，片架(5)向上通過連接架(4)安裝有欄桿總成(2)，在連接架(4)和天車架(12)之間并排設置有兩對導軌(6)，導軌(6)的上端與連接架(4)固接，導軌(6)的下端與天車架(12)固接，導軌(6)位于四根片架(5)圍成的空間內，導軌(6)同片架(5)之間通過橫梁進行固接；在兩對導軌(6)上共同設置有浮動天車(9)，浮動天車(9)通過鋼絲繩與游車滑輪相連，浮動天車(9)的耳座與被動補償缸總成(13)帶有關節軸承的活塞桿端頭連接；在連接架(4)上倒立安裝有主動補償缸(I)，主動補償缸(I)的缸筒與主動缸支撐座(3)固定連接，主動缸支撐座(3)與連接架(4)連接，主動補償缸(I)的活塞桿端頭向下與浮動天車(9)連接；被動補償缸總成(13)與主動補償缸(I)分別與動力控制機構(14)相連接。2.根據權利要求1所述的半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點在于:所述的浮動天車(9)與天車架(12)之間設置有鎖緊機構(15)，鎖緊機構(15)采用氣動缸或電動缸結構，當補償裝置處于不補償狀態時，浮動天車(9)通過鎖緊機構(15)與天車架(12)鎖緊。3.根據權利要求1所述的半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點在于:在所述的浮動天車(9) 一側固定安裝有一個連接軸C (45)，該連接軸C (45)上套裝有臂桿A (40)和滑輪C (44)，在天車架(12)同一側固定安裝有一個連接軸B (43)，該連接軸B (43)上套裝有臂桿B(41)和滑輪B(42)，臂桿A(40)和臂桿B(41)末端共同鉸接有一個連接軸A(39)，連接軸A (39)上套裝有滑輪A (38)； 另外，在浮動天車(9)另一側固定安裝有一個連接軸D(46)，該連接軸D(46)上套裝有滑輪D(47)和臂桿C(48)，在天車架(12)該側固定安裝有一個連接軸F(53)，連接軸F(53)上套裝有臂桿D (51)和滑輪F (52)，臂桿C (48)和臂桿D (51)末端共同鉸接有一個連接軸E (50)，連接軸E (50)上套裝有滑輪C (49)； 臂桿B(41)與連接軸A(39)插裝后固連，臂桿A(40)、臂桿B(41)和滑輪A(38)均能夠繞連接軸A (39)轉動，臂桿B (41)和滑輪B (42)均能繞連接軸B (43)轉動； 臂桿D (51)和滑輪F(52)能繞該連接軸F(53)轉動，臂桿D (51)的另一端和連接軸E(50)插裝后固連，臂桿D(51)、臂桿C(48)和滑輪C(49)均能繞連接軸E(50)轉動。4.根據權利要求1所述的半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點在于:所述的連接軸B(43)和滑輪B(42) —起稱為快繩導向單元(16)，連接軸A(39)和滑輪A(38) —起稱為快繩搖臂單元(17)，連接軸F (53)和滑輪F (52) —起稱為死繩導向裝置(11)，連接軸E (50)和滑輪C(49) 一起稱為死繩搖臂單元(10)，快繩導向單元(16)、快繩搖臂單元(17)、死繩搖臂單元(10)和死繩導向單元(11)分別通過鋼絲繩與浮動天車(9)相連接，鋼絲繩采取S形穿法。5.根據權利要求1所述的半主動式鉆井平臺天車升沉補償裝置，其特點在于:所述的動力控制機構(14)的結構是，被動補償缸總成(13)包括結構相同的被動補償液壓缸A (19)和被動補償液壓缸B (20)，被動補償液壓缸A (19)和被動補償液壓缸B (20)的有桿腔通過管路相互連通后共同與低壓蓄能器(21)相連，被動補償液壓缸A(19)和被動補償液壓缸B(20)的無桿腔通過油管互相連通后共同與隔離閥(22)連接，隔離閥(22)通過管路與活塞式蓄能器(23)油液側相通，活塞式蓄能器(23)氣體側通過管路與工作氣瓶(37)相連； 主動補償缸⑴的有桿腔油口與安全溢流閥A(24)連通，主動補償缸⑴的無桿腔油口與安全溢流閥B(25)連通，同時，主動補償缸⑴的無桿腔與有桿腔油口與比例控制閥(26)連通；比例控制閥(26)回油口與油箱連通，比例控制閥(26)進油口與變量泵(28)出油口連通，比例控制閥(26)與變量泵(28)出口連通管路中設置有單向閥(27)，變量泵(28)與電機(31)驅動連接，變量泵(28)中的變量機構出油口與比例溢流閥(29)連通，比例溢流閥(29)出口接油箱(30)，變量泵(28)進油口通過管道與油箱(30)連通。
【文檔編號】E21B19-02GK204283252SQ201420738222
【發明者】鄭萬里, 馮燁, 任克忍, 南樹歧, 牟新明 [申請人]寶雞石油機械有限責任公司